[發明專利]一種自主汽化管理方法及液氨微推進系統

有效

• 申請號: 201610533591.8
• 申請日: 2016-07-06
• 公開（公告）號: CN106184823B
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發明（設計）人: 蒙濤;孫書劍;金仲和
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B64G1/40
• 分類號: B64G1/40;B64G1/10;F02K9/44
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 萬尾甜,韓介梅

技術領域

本發明涉及微納衛星軌道控制技術領域，尤其涉及一種基于微納衛星的自主汽化管理方法及液氨微推進系統。

背景技術

微納衛星的在軌機動能力是決定其任務功能的一個重要因素，而微推進系統是實施軌道機動的核心執行機構。微納衛星的整星資源有限，其推進系統的結構、體積、功耗、推進工質等都受到較高的制約，相比于常規衛星而言劣勢明顯。因此，常規推進系統的性能難以滿足微納衛星需要，成為微納衛星拓展在軌應用的主要限制條件。

液化氣推進技術作為成熟的微推進技術之一得到了廣泛應用。部分推進系統直接利用液化氣的過熱閃蒸特性產生推力，該方法會使推進劑噴流夾雜液滴，推力不夠穩定且比沖較低；自帶汽化加熱裝置的推進系統，通常在汽化過程中采用落壓式設計，落壓比通常較高，推力大小也不易控制。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種基于微納衛星的自主汽化管理方法及液氨微推進系統，該方法及系統可實現恒壓式汽化或增壓汽化，有利于提高輸出比沖，并可通過調節推力前壓力控制輸出推力的大小。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

本發明的自主汽化管理方法，是由盛裝液氨推進劑的貯罐、截止閥與汽化器依次連接構成汽化裝置，對汽化器進行加熱使其中的液氨推進劑完全汽化，從而實現恒壓或增壓汽化。

本發明的自主汽化管理液氨微推進系統包括：MCU控制器、加排隔離閥、用于盛裝液氨推進劑的貯罐、截止閥、汽化器、緩沖器、+X面推力器、-X面推力器、貯罐加熱片、截止閥加熱片、汽化器加熱片、貯罐溫度傳感器、貯罐壓力傳感器、截止閥溫度傳感器、緩沖器壓力傳感器；加排隔離閥、貯罐、截止閥、汽化器、緩沖器順次相連，緩沖器與+X面推力器和-X面推力器分別相連；MCU控制器分別與截止閥、+X面推力器、-X面推力器、貯罐加熱片、截止閥加熱片、汽化器加熱片相連；貯罐溫度傳感器、貯罐壓力傳感器、截止閥溫度傳感器、緩沖器壓力傳感器分別與MCU控制器相連，將各傳感器檢測的信息傳輸至MCU控制器。

上述技術方案中，所述的汽化器通常設計為篩型汽化器，是在汽化器內開有兩條導槽和若干平行篩孔，所述篩孔設于兩條導槽之間并將兩條導槽導通，其中一條導槽一端開有液氨流入口，另一條導槽的另一端開有氨氣流出口，兩導槽的其余兩端皆封閉，即：兩條導槽錯開一個孔位，通過錯位導槽的結構，形成一條液氨流入通道和一條氨氣流出通道，液氨從液氨流入口流入汽化器，流經篩孔，加熱后完全汽化，再從氨氣流出通道流出至汽化器末端的氨氣流出口。采用篩型汽化器的設計提高了推進劑與汽化器的接觸面積，也同時提高了汽化器的熱容，更有利于液氨推進劑的完全汽化，從而進一步提高氣態推進劑的內能，提高輸出比沖。

所述的緩沖器還可與篩型汽化器設計為一體化結構，緩沖器的腔體與篩型汽化器的末端固連，氨氣流出口直接與該腔體連通，即：液氨經汽化器完全汽化后從氨氣流出口單側導入緩沖器腔體內。通過汽化器加熱片對一體化的緩沖器及汽化器進行加熱可以更好地控制輸出推力的大小。

上述微推進系統的布局方式如下：

所述的貯罐布置在整個微推進系統的幾何中心，汽化器為弧形彎曲的包帶式結構，包裹在貯罐表面，使汽化器質心與貯罐的中心重合，貯罐質心與推進系統質心以及整星質心重合，+X面推力器和-X面推力器對稱布置于貯罐兩側且推力線通過貯罐質心，汽化器與貯罐留有間隙，貯罐加熱片、汽化器加熱片位于間隙處分別貼裝于貯罐及汽化器表面，間隙內設有多層隔溫材料，其他部件布置在貯罐周圍。采用上述布局方式，可使得貯罐、汽化器這兩個系統主要組成和重量構成部分質心重合，位于推力線中心，同時也是整星的質心。這種設計使推進系統在工作過程中質心始終不變，無需姿態控制系統考慮推進劑消耗帶來的整星質心偏移。此外，汽化加熱裝置的弧形彎曲設計，最大程度地提高了系統的空間利用率。

本發明與現有技術相比具有的有益效果：

1)本發明的自主汽化管理方法彌補了傳統汽化裝置存在較大的壓力損失的缺陷，同時保證液化氣推進劑得到完全汽化；

2)本發明的自主汽化管理液氨微推進系統，可以提供大小可精確調節的毫牛量級推力，且輸出較高比沖；

3)本發明的液氨微推進系統還可對貯罐內液氨推進劑余量進行精確測量，并且僅利用系統已有的功能部件實現，最大程度地降低了系統的復雜程度。

附圖說明

圖1是本發明的自主汽化管理液氨微推進系統的結構示意圖；

圖2是液化氣自主汽化的過程和原理示意圖；